Messung und Optimierung einer Schallzahnbürste
Ein Team der FHNW optimiert die Geometrie von Schallzahnbürsten mit Simulationen und experimentellen Messtechnik, um die Reinigungswirkung von Schallzahnbürsten zu verbessern.
Ziele
Mit diesem Forschungsprojekt wird die Reinigungswirkung von einer Schallzahnbürste untersucht. Dabei wird in einem ersten Schritt mittels impliziter instationärer FEM-Simulation die Schallzahnbürste, Filamente und Schallzahnbürste modelliert. Mit den gewonnenen Amplituden der Filamente kann die Geometrie der neue Schallzahnbürste optimiert werden.
Ausgangslage
Der grosse Vorteil der Schallzahnbürste gegenüber der Handzahnbürste ist die Reinigungswirkung im Zahnzwischenraum. Die Schallzahnbürste erzeugt eine Strömung in den Zahnzwischenraum, wobei über Schubspannungen Bakterien und Plaque abgetragen werden. Mittels transienter impliziter mechanischer Simulationen kann vorgängig der Einfluss der Geometrie, der Materialeigenschaften und der Befestigung des Schallzahnbürstenkopfes auf die Amplituden der einzelnen Borstenfilamenten und Frequenz berechnet werden. Dies reduziert die Entwicklungskosten für die Spritzgussformen, da über Rapid-Prototyping die notwendige Festigkeit des Zahnbürstenkopfs für experimentelle Tests nicht erzeugt werden kann.
In einem weiteren Schritt kann durch Experimente die Schallzahnbürste auf die strömungsmechanische Reinigungswirkung getestet werden.
Ergebnis
- Eine mechanische Simulation des Schallzahnbürstenkopfes unter Berücksichtigung der Kontakte zwischen den Borsten
- Prüfstand zur Messung der Amplitude und Frequenz des Bürstenkopfes ist entwickelt und einsatzbereit. Die Borstenfilamenten können in der Luft oder in einer Flüssigkeit betrieben werden und die Anpressbedingungen definiert werden